JP5061612B2 - 化学増幅型ポジ型レジスト組成物用酸発生樹脂 - Google Patents

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Description

本発明は、化学増幅型ポジ型レジスト組成物用酸発生樹脂に関する。
化学増幅型ポジ型レジスト組成物は、半導体の微細加工に用いられる。化学増幅型ポジ型レジスト組成物としては、従来から、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であって、酸に不安定な基を有し、酸の作用によってアルカリ水溶液に可溶となる高分子からなる樹脂と、放射線の照射により酸を発生する低分子化合物(繰り返し単位を有さない化合物)からなる酸発生剤とからなる化学増幅型ポジ型レジスト組成物が用いられている(例えば、非特許文献1参照。)。
しかし、従来の化学増幅型ポジ型レジスト組成物では解像度が十分とは言えず、特にArFエキシマレーザーリソグラフィにおいては、化学増幅型ポジ型レジスト組成物にはさらなる解像度が要求されており、従来より高い解像度を示す化学増幅型ポジ型レジスト組成物を与える化学増幅型ポジ型レジスト組成物用酸発生剤が求められていた。
Hiroshi Ito J.Photopolym.Sci.Technol., 11(1998)379
本発明の目的は、解像度に優れた化学増幅型ポジ型レジスト組成物を与える化学増幅型ポジ型レジスト組成物用酸発生剤となる化学増幅型ポジ型レジスト組成物用酸発生樹脂を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を解決すべく、化学増幅型ポジ型レジスト組成物に含有される酸発生剤について鋭意検討した結果、酸発生剤が高分子からなる酸発生樹脂であり、該高分子を構成する繰り返し単位として、放射線照射により酸を発生する塩の部分が結合した繰り返し単位であり、かつ炭素原子間の結合が特定の結合である繰り返し単位を含む場合に、該酸発生樹脂は、解像度に優れた化学増幅型ポジ型レジスト組成物を与える化学増幅型ポジ型レジスト組成物用酸発生樹脂となることを見出して、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、高分子からなり、該高分子を構成する繰り返し単位として、放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合した繰り返し単位であり、かつ繰り返し単位のカチオン部分以外の炭素原子間の結合がすべて一重結合である繰り返し単位を含むことを特徴とする酸発生樹脂を提供する。また本発明は、前記酸発生樹脂単独あるいは、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であって、酸に不安定な基を含む高分子からなり、酸の作用によってアルカリ水溶液に可溶となる樹脂と、前記酸発生樹脂とを含有する化学増幅型ポジ型レジスト組成物を提供する。
本発明の酸発生樹脂は、解像度に優れた化学増幅型ポジ型レジスト組成物を与える化学増幅型ポジ型レジスト組成物用酸発生樹脂であり、該酸発生樹脂を含有する本発明の化学増幅型ポジ型レジスト組成物は、優れた解像度を示し、特に放射線照射により発生するアニオン部と主鎖との結合距離を調節することによって、より優れた解像度を示し、さらに当該アニオン部が高分子に組み込まれているために水あるいは高屈折率液体への溶出を抑えることができるため、半導体の微細加工、特にArFエキシマレーザーリソグラフィおよび液浸ArFエキシマーリソグラフィに好適であるので、本発明は工業的に極めて有用である。
本発明の酸発生樹脂である高分子を構成する繰り返し単位として、放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合した繰り返し単位であり、かつ繰り返し単位のカチオン部分以外の炭素原子間の結合がすべて一重結合である繰り返し単位を含むことを特徴とする。
該高分子に含まれる繰り返し単位は、放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合している繰り返し単位であり、放射線照射により酸を発生する塩のカチオン部分が結合している繰り返し単位は含まれていないことが好ましい。
また、該高分子を構成する繰り返し単位の炭素原子間の結合は、カチオン部分以外はすべて一重結合である。例えば、スチレン化合物から導かれる繰り返し単位などの炭素原子間の結合として二重結合を含む繰り返し単位は、リソグラフィにおいて用いる放射線の一つである193nmの光の透過性が低いので、化学増幅型ポジ型レジスト組成物用の酸発生剤としては好ましくない。
本発明においては、放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合した繰り返し単位であり、かつ繰り返し単位のカチオン部分以外の炭素原子間の結合がすべて一重結合である繰り返し単位としては、(メタ)アクリル酸エステルから導かれる繰り返し単位、および脂環式化合物から導かれる繰り返し単位から選ばれる1種以上が好ましい。
そして、このような繰り返し単位としては、式(Ia)または式(Ib)で示される繰り返し単位から選ばれる1種以上がより好ましい。

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式(Ia)および式(Ib)中、Rは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基を示し、Q1およびQ2は2価の連結基を表す。Z1、Z2、Z3およびZ4は相異なってもよいフッ素原子または炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基を示す。+1および+2は、相異なってもよい有機対イオンを表す。Uは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、あるいは、酸素原子または窒素原子を含む1価の極性基を示し、mは0〜2の整数を表す。
1およびQ2としては、環状構造、ヘテロ原子およびカルボニル基を含んでもよい炭素数1から20のアルキレン基が好ましい。
式(Ia)または式(Ib)で示される繰り返し単位として、それぞれ式(IIIa)または式(IIIb)で示される繰り返し単位がさらに好ましい。

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式(IIIa)および式(IIIb)中、R1は水素原子、メチル基およびトリフルオロメチル基を示す。X1およびX2は炭素数1〜20のアルキレン基を表し、末端メチレン基を除いて、該アルキレン基は2価の脂環式化合物残基、−CO−、−O―、―S−または−NR11−で置換されてもよい。R11は水素原子、炭素数1〜6のアルキル基を表す。Y1、Y2、Y3およびY4はそれぞれ独立に相異なってもよい−O―、―S−または−NR2−を示す(Nは窒素原子)。R2は水素原子、炭素数1〜6のアルキル基を表す。
+1および+2は、相異なってもよい有機対イオンを表す。Uは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、あるいは、酸素原子または窒素原子を含む1価の極性基を示し、mは0〜2の整数を表す。
式(Ia)または式(Ib)で示される繰り返し単位から選ばれる1種以上としては、式(IIIa)で示される繰り返し単位がより好ましく、Y1が酸素原子である繰り返し単位がさらに好ましい。
ここで、R1としては、水素原子、メチル基が好ましく、Y1、Y2、Y3およびY4は酸素原子およびN−Z(Zは水素原子またはアルキル基を表す。)が好ましく、N−Zとしてはメチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、sec−ブチルアミノ基、t-ブチルアミノ基が好ましい。
1およびX2としては下記の構造が例示できるが、これに限定されるものではない。

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1およびX2としては、中でも、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基、エチレンオキシエトキシエチル基、エチレンカルボニルエチレン基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、メチレンアダマンチルメチレン基、ノルボルナンラクトンジイル基、が好ましい。
Uとしては水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t-ブチル基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、シアノ基、シアノメチル基が好ましい。
mとしては0〜1の整数が好ましい。
式(IIIa)および式(IIIb)のアニオン部としては、以下の構造が例示できるが、これに限定されるものではない。

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式(Ia)示される繰り返し単位および式(Ib)で示される繰り返し単位を導くモノマーとして、それぞれ、式(IV)で表される(メタ)アクリル酸エステル誘導体および式(V)で表されるノルボルネン誘導体が挙げられる。

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(式(IV)および(V)中、Q1、Q2、R、U、Z1、Z2、Z3、Z4+1+2およびmは上記と同じである。)
式(IV)または式(V)の構造式としては、以下に例示できるが、これに限定されるものではない。

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前記式(Ia)、(Ib)、(IIIa)、(IIIb)における有機対イオンA+としては、式(IIa)、式(IIb)、式(IIc)又は式(IId)のいずれかで示されるカチオンからなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンが挙げられる。
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式(IIa)中、P1〜P3は、互いに独立に、炭素数1〜20の直鎖状又は分岐状のアルキル基、炭素数3〜30の単環式又は多環式炭化水素基、又は炭素数6〜30のアリール基を表す。P1〜P3は、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を置換基として含んでいてもよく、該アルキル基及び該アルコキシ基は、直鎖でも分岐していてもよい。
式(IIa)の構造式として下記の例示が挙げられるが、これに限定されるものではない。

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式(IIb)中、P4、P5は、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該アルキル基及び該アルコキシ基は、直鎖でも分岐していてもよい。
式(IIb)の構造式として下記の例示が挙げられるが、これに限定されるものではない。


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式(IIc)中、P6、P7は、互いに独立に、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基を表し、該アルキル基は、直鎖でも分岐していてもよい。又はP6とP7とが結合して、Sとともに炭素数3〜12の環を形成してもよい。P8は水素原子を表し、P9は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基もしくは置換されていてもよい芳香環基を表すか、又はP8とP9が結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。ここで、2価の炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子に置換されていてもよい。
式(IIc)の構造式として下記の例示が挙げられるが、これに限定されるものではない。

Figure 0005061612


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式(IId)中、P10〜P21は、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該アルキル基及び該アルコキシ基は、直鎖でも分岐していてもよい。Bは、硫黄原子又は酸素原子を表す。nは、0又は1を表す。
式(IId)の構造式として下記の例示が挙げられるが、これに限定されるものではない。

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本発明の高分子としては、放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合した繰り返し単位と、他の繰り返し単位とを有していることが好ましい。
ここで、他の繰り返し単位あるいは、他の繰り返しを導くモノマーとしては、下記のようなものが挙げられるがこれに限定されるものではない。
(メタ)アクリル酸エステル誘導体から導かれる繰り返し単位としては、以下の構造が例示できるが、これに限定されるものではない。

Figure 0005061612
ノルボルネン誘導体モノマーとしては、以下の誘導体が例示できるが、これに限定されるものではない。
2−ノルボルネン、
2−ヒドロキシ−5−ノルボルネン、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸−t−ブチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−シクロヘキシル−1−メチルエチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−メチルシクロヘキシル)−1−メチルエチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−1−メチルエチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチル−1−(4−オキソシクロヘキシル)エチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−メチルエチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシクロヘキシル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メチル−2−アダマンチル、
5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−エチル−2−アダマンチル
5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、
5−ノルボルネン−2−メタノール、
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物などのノルボルネン誘導体。
本発明の高分子の合成方法としては、特に制限はないが、ここではより好ましいラジカル重合について説明する。放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合した繰り返し単位(モノマー)と、他の繰り返し単位(モノマー)と、またはオリゴマーを有機溶剤に溶解させる。続いて2種類以上のラジカル重合開始剤を溶解させる。そして、得られた反応溶液を所定反応温度において保温することにより、目的とする樹脂が得られる。溶媒量は、仕込みモノマーまたはオリゴマー量に対して1重量倍から5重量倍が好ましく、開始剤量については、仕込みモノマーまたはオリゴマー量に対して1から20モルパーセントが好ましい。
重合開始剤の具体例として、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシメチルプロピオニトリル)などのアゾ系化合物;ラウリルパーオキサイド、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、tert−ブチルパーオキシネオデカノエート、tert−ブチルパーオキシピバレート、(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシドなどの有機過酸化物;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素など無機過酸化物等が挙げられ、これらのうち2種類以上の開始剤を併用する。
本発明の高分子の製造方法において、重合に用いられる有機溶剤は、モノマーと開始剤、及び得られる共重合体のいずれも溶解できる溶剤が好ましい。このような有機溶剤としては、トルエン等の炭化水素、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルケトン、イソプロピルアルコール、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸エチル等が挙げられ、それぞれ単独でも良いし、2種類以上の溶剤を混合して用いてもよい。
本発明における高分子の製造方法における反応温度は、0〜150℃の範囲であって、好ましくは40〜100℃の範囲である。
放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合した繰り返し単位を導くモノマーの合成方法としては、以下の方法が挙げられるがこれに限定されるものではない。
例えば、式(IIIa)で示される繰り返し単位を導くモノマーとして式(VI)で示される(メタ)アクリル酸エステル誘導体が挙げられ、その合成方法としては、
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(式(VI)中、R1、X1、Y1、Y2および+1は上記と同じである。)
式(VIa)で表されるスルホニウム塩と

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(式(VIa)中、X1、Y1、Y2および+1は上記と同じである。)
式(VII)で表される(メタ)アクリル酸誘導体とを
Figure 0005061612
(式(VII)中、R1は前記と同じであり、X3はハロゲン原子を表す。)
脱ハロゲン化水素剤の存在下に縮合反応させることによって得ることができる。
式(VIa)と式(VII)の反応は、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどの不活性溶媒中で行われ、反応温度は、−30℃〜200℃、好ましくは、0℃〜150℃である。反応は脱ハロゲン化水素剤を添加することが好ましく、例えば、トリエチルアミン、ピリジン等の有機塩基あるいは、炭酸カリウム、水酸化ナトリウムのような無機塩基あるいは、これらの混合物が用いられる。
式(VIa)で表されるスルホニウム塩誘導体1モルに対して、式(VII)で表される(メタ)アクリル酸誘導体は、当量から2倍量、好ましくは、当量から1.5倍量であり、脱ハロゲン化水素剤は、当量から5倍量、好ましくは、当量から3倍量である。
反応には、テトラブチルアンモニウムブロミドのような相間移動触媒を添加することも可能である。得られた縮合物は、通常の後処理によって取り出すことができる。この縮合物は、クロマトグラフィーあるいは、再結晶あるいは、蒸留によって精製することも可能である。
ここで、本発明の酸発生樹脂を用いてなる化学増幅型ポジ型レジスト組成物は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であって、酸に不安定な基を含む高分子からなり、酸の作用によってアルカリ水溶液に可溶となる前記酸発生樹脂を含有する化学増幅型ポジ型レジスト組成物である。
本発明の化学増幅型ポジ型レジスト組成物におけるアルカリ水溶液に不溶又は難溶であって、酸に不安定な基を含む高分子からなり、酸の作用によってアルカリ水溶液に可溶となる前記酸発生樹脂の繰り返し単位としては、さらに下記に挙げるものを含有してもよいがこれに限定されるものではない。
例えば、2−アルキル−2−アダマンチル、1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキルのような脂環族を含む嵩高い基を有するものを使用すると解像度が優れるので好ましい。このような嵩高い基を含むモノマーとしては、(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル、(メタ)アクリル酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキル、(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルオキシカルボニルメチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−アルキル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−アルキルアルキルなどが挙げられる。
また、本発明の化学増幅型のポジ型レジストにおいては、有機塩基性化合物をクェンチャーとして添加することにより、露光後の引き置きに伴う酸の失活による性能劣化を改良できる。該有機塩基性化合物として、特に含窒素塩基性有機化合物をクェンチャーとして配合するのが好ましい。このような含窒素塩基性有機化合物の具体的な例としては、以下の各式で示されるアミン類を挙げることができる。
Figure 0005061612
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(XII)
式中、T1、T2及びT7は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。該アルキル基の水素原子、シクロアルキル基の水素原子又はアリール基の水素原子は、それぞれ独立に、水酸基、アミノ基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよい。該アミノ基の水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。また、該アルキル基は、炭素数1〜6程度が好ましく、該シクロアルキル基は、炭素数5〜10程度が好ましく、該アリール基は、炭素数6〜10程度が好ましい。
3、T4及びT5は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル、シクロアルキル、アリール又はアルコキシを表す。該アルキルの水素原子、シクロアルキルの水素原子、アリールの水素原子、又はアルコキシの水素原子は、それぞれ独立に、水酸基、アミノ基、又は炭素数1〜6のアルコキシ基、で置換されていてもよい。該アミノ基の水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。また、該アルキルは、炭素数1〜6程度が好ましく、該シクロアルキルは、炭素数5〜10程度が好ましく、該アリールは、炭素数6〜10程度が好ましく、該アルコキシは、炭素数1〜6程度が好ましい。
6は、アルキル又はシクロアルキルを表す。該アルキルの水素原子又はシクロアルキルの水素原子は、それぞれ独立に、水酸基、アミノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、で置換されていてもよい。該アミノ基の水素原子は、炭素数1〜4のアルキル基で置換されていてもよい。また、該アルキルは、炭素数1〜6程度が好ましく、該シクロアルキルは、炭素数5〜10程度が好ましい。
Aは、アルキレン、カルボニル、イミノ、スルフィド又はジスルフィドを表す。該アルキレンは、炭素数2〜6程度であることが好ましい。
また、T1〜T7において、直鎖構造と分岐構造の両方をとり得るものについては、そのいずれでもよい。
このような化合物として、具体的には、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、アニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、1−又は2−ナフチルアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4′−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジメチルジフェニルメタン、4,4′−ジアミノ−3,3′−ジエチルジフェニルメタン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、N−メチルアニリン、ピペリジン、ジフェニルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルアニリン、2,6−イソプロピルアニリン、イミダゾール、ピリジン、4−メチルピリジン、4−メチルイミダゾール、ビピリジン、2,2′−ジピリジルアミン、ジ−2−ピリジルケトン、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ビス(2−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、1,2−ビス(4−ピリジルオキシ)エタン、4,4′−ジピリジルスルフィド、4,4′−ジピリジルジスルフィド、1,2−ビス(4−ピリジル)エチレン、2,2′−ジピコリルアミン、3,3′−ジピコリルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−オクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、及びコリンなどを挙げることができる。
さらには、特開平11−52575号公報に開示されているような、ピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物をクェンチャーとすることもできる。
特に式(XII)で表される構造の化合物をクェンチャーとして用いると、解像度向上の点で好ましい。
具体的には、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラヘキシルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラオクチルアンモニウムハイドロオキサイド、フェニルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、3−トリフルオロメチル−フェニルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどが挙げられる。
さらに本発明の酸発生樹脂の他に低分子(分子量1500以下)の酸発生剤を添加することも可能である。添加する酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、有機ハロゲン化合物、スルホン化合物、スルホネート化合物などが包含される。具体的には、次のような化合物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
ジフェニルヨードニウム トリフルオロメタンスルホネート、
4−メトキシフェニルフェニルヨードニウム ヘキサフルオロアンチモネート、
4−メトキシフェニルフェニルヨードニウム トリフルオロメタンスルホネート、
ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム テトラフルオロボレート、
ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム ヘキサフルオロホスフェート、
ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム ヘキサフルオロアンチモネート、
ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム トリフルオロメタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウム ヘキサフルオロホスフェート、
トリフェニルスルホニウム ヘキサフルオロアンチモネート、
トリフェニルスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウム アダマンタンメトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート
トリフェニルスルホニウム 1−(3−ヒドロキシメチルアダマンタン)メトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート
トリフェニルスルホニウム 1−(ヘキサヒドロ−2−オキソ−3,5−メタノ−2H−シクロペンタ[b]フラン−6−イルオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホネート
トリフェニルスルホニウム 4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート
トリフェニルスルホニウム 3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメトキシカルボニルジフルオロメタンスルホネート
4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウム ヘキサフルオロアンチモネート、
4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート、
p−トリルジフェニルスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート、
p−トリルジフェニルスルホニウム パーフルオロオクタンスルホネート、
2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート、
4−tert−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート、
4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウム ヘキサフルオロホスフェート、
4−フェニルチオフェニルジフェニルスルホニウム ヘキサフルオロアンチモネート、
1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウム ヘキサフルオロアンチモネート、
1−(2−ナフトイルメチル)チオラニウム トリフルオロメタンスルホネート、
4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウム ヘキサフルオロアンチモネート、
4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウム トリフルオロメタンスルホネート、
2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(4−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(4−メトキシ−1−ナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(ベンゾ[d][1,3]ジオキソラン−5−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(4−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(3,4,5−トリメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(3,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(2,4−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(2−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(4−ブトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
2−(4−ペンチルオキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、
1−ベンゾイル−1−フェニルメチル p−トルエンスルホネート(通称ベンゾイントシレート)、
2−ベンゾイル−2−ヒドロキシ−2−フェニルエチル p−トルエンスルホネート(通称α−メチロールベンゾイントシレート)、
1,2,3−ベンゼントリイル トリスメタンスルホネート、
2,6−ジニトロベンジル p−トルエンスルホネート、2−ニトロベンジル p−トルエンスルホネート、4−ニトロベンジル p−トルエンスルホネート、
ジフェニル ジスルホン、
ジ−p−トリル ジスルホン、
ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、
ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタン、
ビス(p−トリルスルホニル)ジアゾメタン、
ビス(4−tert−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、
ビス(2,4−キシリルスルホニル)ジアゾメタン、
ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、
(ベンゾイル)(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、
N−(フェニルスルホニルオキシ)スクシンイミド、
N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)スクシンイミド、
N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミド、
N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド、
N−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ナフタルイミド、
N−(10−カンファースルホニルオキシ)ナフタルイミドなど。
本発明のレジスト組成物は、レジスト組成物の全固形分量を基準に、酸発生樹脂を80〜98.5重量%、低分子の酸発生剤を0〜5重量%、クエンチャーを0.001〜1重量%の範囲で含有することが好ましい。
本発明の化学増幅型ポジ型レジスト組成物には、また、必要に応じて、増感剤、溶解抑止剤、他の樹脂、界面活性剤、安定剤、染料など、各種の添加物を少量含有することもできる。
本発明のレジスト組成物は、通常、上記の各成分が溶剤に溶解された状態でレジスト液組成物とされ、シリコンウェハーなどの基体上に、スピンコーティングなどの常法に従って塗布される。ここで用いる溶剤は、各成分を溶解し、適当な乾燥速度を有し、溶剤が蒸発した後に均一で平滑な塗膜を与えるものであればよく、この分野で一般に用いられている溶剤が使用しうる。
例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのようなグリコールエーテルエステル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類;γ−ブチロラクトンのような環状エステル類などを挙げることができる。これらの溶剤は、それぞれ単独で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。
基体上に塗布され、乾燥されたレジスト膜には、パターニングのための露光処理が施され、次いで脱保護基反応を促進するための加熱処理を行った後、アルカリ現像液で現像される。ここで用いるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であることができるが、一般には、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液が用いられることが多い。
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
次に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。例中、含有量ないし使用量を表す%および部は、特記ないかぎり重量基準である。また重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。
尚、測定条件は下記のとおりである。

カラム:TSKgel GMHHR-H x2 + G2500-HHR x1(東ソー社製)
(φ7.8mm x 300mm x 3本)
溶離液:クロロホルム
流量:1.0mm/min
検出器:RI検出器/UV検出器(254nm)
カラム温度:40℃
注入量:200μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
尚、本実施例に用いたモノマーは、下記の通りである。以下、特に断らない場合は、部は重量部を表す。
Figure 0005061612
実施例1 樹脂A1の合成
モノマーAを2.87g、モノマーBを2.70g、モノマーIを2.48g、モノマーDを5.35g、モノマーTPS−3を5.35g仕込み(モル比は 50:12.5:12.5:15:10)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させた後、大量のメタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約1600の共重合体を収率47%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
Figure 0005061612
実施例2 樹脂A2の合成
モノマーAを10.00g、モノマーBを7.14g、モノマーDを3.43g、モノマーTPS−3を5.54g仕込み(モル比 40:30:20:10)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させた後、大量のメタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約1100の共重合体を収率11%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A2とする。
Figure 0005061612
実施例3 樹脂A3の合成
モノマーAを10.00g、モノマーBを3.26g、モノマーCを7.42g、モノマーDを3.92g、モノマーTPS−4を7.72g仕込み(モル比 35:12:23:20:10)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させた後、大量のメタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約2100の共重合体を収率15%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A3とする。
Figure 0005061612
実施例4 樹脂A4の合成
モノマーAを10.15g、モノマーBを3.31g、モノマーCを7.53g、モノマーDを3.97g、モノマーTPS−6を7.41g仕込み(モル比 35:12:23:20:10)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させた後、大量のメタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約1600の共重合体を収率63%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A4とする。
Figure 0005061612
実施例5 樹脂A5の合成
モノマーAを9.00g、モノマーBを2.94g、モノマーCを6.67g、モノマーDを3.52g、モノマーTPS−7を6.43g仕込み(モル比 35:12:23:20:10)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させた後、大量のメタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約2100の共重合体を収率42%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A5とする。
Figure 0005061612
実施例6 樹脂A6の合成
モノマーEを12.40g、モノマーBを5.00g、モノマーFを4.41g、モノマーB6を6.72g仕込み(モル比 50:20:20:10)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させた後、大量のメタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約2200の共重合体を収率26%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A6とする。
Figure 0005061612
実施例7 樹脂A7の合成
モノマーGを10.00g、モノマーHを2.39g、モノマーIを4.54g、モノマーDを3.66g、モノマーTPS−8を4.24g仕込み(モル比 45:10:19:20:6)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1.2mol%、3.6mol%添加し、73℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させた後、大量のメタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約1900の共重合体を収率48%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A7とする。
Figure 0005061612
実施例8 樹脂A8の合成
モノマーAを30.00g、モノマーBを14.27g、モノマーDを10.28g仕込み(モル比 50:25:25)、全モノマー量の2.6重量倍のメチルイソブチルケトンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを全モノマー量に対してそれぞれ2mol%添加し、87℃で約6時間加熱した。その後、反応液を大量の含水メタノールに注いで沈殿させた後、大量の含水メタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約9400の共重合体を収率47%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A8とする。

Figure 0005061612
実施例9 樹脂A9の合成
モノマーAを15.00g、モノマーBを4.89g、モノマーIを3.36g、モノマーDを5.14g仕込み(モル比 50:12.5:12.5:25)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、77℃で約5時間加熱した。その後、反応液を大量の含水メタノールに注いで沈殿させた後、大量の含水メタノールで沈殿物を洗浄する動作を3回行うことで精製し、重量平均分子量が約8100の共重合体を収率78%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A9とする。

Figure 0005061612
上記酸発生樹脂に用いたモノマー合成例を示すが、これに限定されるものではない。
化合物の構造はNMR(日本電子製EX−270型)、質量分析(LCはAgilent製1100型、MASSはAgilent製LC/MSD型またはLC/MSD TOF型)で確認した。
合成例1
トリフェニルスルホニウム ヒドロキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート(TPS−1)の合成
11.2%トリフェニルスルホニウム クロライド水溶液2036部に17.6%ジフルオロスルホ酢酸 ナトリウム塩水溶液859部を加えて25℃で約20時間攪拌した。析出した白色固体をろ別、イオン交換水150部で洗浄した。得られた固体にtert−ブチルメチルエーテル506部を添加、撹拌後濾過し、乾燥してトリフェニルスルホニウム ヒドロキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート(TPS−1)を246.9部得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)7.77−7.88(m,15H);13.90(br,1H)
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.2(C1815+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 175.0(C2HF25-=174.95)
合成例2
トリフェニルスルホニウム (2−ヒドロキシエトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−2)の合成
トリフェニルスルホニウム ヒドロキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート10.0部、エチレングリコール2.8部、ジフェニルアンモニウムトリフレート0.7部、モノクロロベンゼン50部を仕込んで80℃で加熱攪拌した。反応後モノクロロベンゼンを留去し、得られた残渣にクロロホルムを加えた。更にイオン交換水を加えて分液水洗を繰り返した。有機層を濃縮して得られた残渣に酢酸エチルを加えて晶析、ろ過、乾燥して、白色固体のトリフェニルスルホニウム (2−ヒドロキシエトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−2)3.7部を得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)3.56−3.62(m,2H);4.20(t,2H,J=4.9Hz);4.79(t,1H,J=5.7Hz);7.74−7.89(m,15H)
合成例3
トリフェニルスルホニウム (2−メタクリロイルオキシエトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−3)の合成
トリフェニルスルホニウム (2−ヒドロキシエトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート1.9部、1−メチルピロリジン0.8部、クロロホルム20部を仕込んで溶解した。氷浴下メタクリル酸クロリド0.6部を滴下し、その後徐々に室温まで戻しながら反応した。反応後クロロホルム20部で希釈後、氷浴下イオン交換水21.7部でクエンチし、分液水洗を繰り返した。クロロホルム層を濃縮して得られた淡黄色油状物にtert−ブチルメチルエーテルを加えて攪拌、デカントを繰返し、アセトニトリルに溶解後濃縮して、トリフェニルスルホニウム (2−メタクリロイルオキシエトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−3)を1.3部得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)1.84−1.85(m,3H);4.28−4.32(m,2H);4.45−4.49(m,2H);5.65−5.68(m,1H);6.03−6.04(m,1H);7.74−7.89(m,15H)
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.2(C1815+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 287.0(C8927-=287.00)
合成例4
トリフェニルスルホニウム 1−((3−メタクリロイルオキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−4)の合成
トリフェニルスルホニウム 1−((3−ヒドロキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート2.8部、1−メチルピロリジン1.0部、クロロホルム30部を仕込んで溶解した。室温下メタクリル酸クロリド0.7部のクロロホルム2.2部溶液を滴下した。室温で週末攪拌し、その後40℃で7.5時間攪拌した。さらに室温に戻した後、1−メチルピロリジン1.0部を加えて、室温下メタクリル酸クロリド0.7部のクロロホルム2.2部溶液を滴下した。室温で14時間反応後、クロロホルム30部で希釈後、氷浴下イオン交換水36部でクエンチし、分液水洗を繰り返した。クロロホルム層に活性炭1.1部を添加して1時間攪拌し、ろ過、クロロホルム層を濃縮して得られた淡黄色油状物にtert−ブチルメチルエーテルを加えて攪拌することで、白色固体のトリフェニルスルホニウム 1−((3−メタクリロイルオキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−4)を2.8部得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)1.45−2.18(m,17H);3.91(s,2H);5.57−5.58(m,1H);5.91−5.92(m,1H);7.74−7.89(m,15H)
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.1(C1815+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 407.1(C172127-=407.10)
合成例5
トリフェニルスルホニウム (8−ヒドロキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−5)の合成
トリフェニルスルホニウム ヒドロキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート30.0部、1,8−オクタンジオール20.0部、ジフェニルアンモニウムトリフレート2.2部、モノクロロベンゼン210部を仕込んで80℃で加熱攪拌した。反応後モノクロロベンゼンを留去し、得られた残渣にクロロホルムを加えた。更にイオン交換水を加えて分液水洗を繰り返した。クロロホルム層に活性炭4.2部を添加して1時間攪拌し、ろ過、クロロホルム層を濃縮して得られた淡黄色油状物にテトラヒドロフランを加えて攪拌しろ過してろ液を濃縮した。得られた残渣に、酢酸エチルを加えて攪拌、デカントを繰返し、残渣を濃縮して淡黄色油状物のトリフェニルスルホニウム (8−ヒドロキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−5)を19.5部を得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)1.24−1.38(m,10H);1.55−1.60(m,2H);3.34−3.39(m,2H);4.17(t,2H,J=6.6Hz);4.31(t,1H,J=5.3Hz);7.74−7.89(m,15H)
合成例6
トリフェニルスルホニウム (8−メタクリロイルオキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−6)の合成
トリフェニルスルホニウム (8−ヒドロキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート19.5部、1−メチルピロリジン7.3部、クロロホルム206部を仕込んで溶解した。氷浴下メタクリル酸クロリド5.4部を滴下し、その後徐々に室温まで戻しながら反応した。反応後氷浴下イオン交換水79.6部でクエンチし、分液水洗を繰り返した。クロロホルム層に活性炭3.4部を添加して1時間攪拌し、ろ過、クロロホルム層を濃縮して得られた燈色油状物にtert−ブチルメチルエーテルを加えて攪拌、デカントを繰返し、アセトニトリルに溶解後濃縮して、燈色油状物のトリフェニルスルホニウム (8−メタクリロイルオキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−6)を15.3部得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)1.22−1.27(m,8H);1.56−1.59(m,4H);1.86−1.87(m,3H);4.07(t,2H,J=6.6Hz);4.17(t,2H,J=6.6Hz);5.63−5.66(m,1H);5.99−6.00(m,1H);7.74−7.89(m,15H)
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.0(C1815+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 371.2(C142127-=371.1)
合成例7
トリフェニルスルホニウム (8−アクリロイルオキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−7)の合成
トリフェニルスルホニウム (8−ヒドロキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート14.0部、1−メチルピロリジン9.5部、クロロホルム152部を仕込んで溶解した。氷浴下アクリル酸クロリド6.7部を滴下し、その後徐々に室温まで戻しながら反応した。反応後氷浴下イオン交換水75.8部でクエンチし、分液水洗を繰り返した。クロロホルム層に活性炭2.6部を添加して1時間攪拌し、ろ過、クロロホルム層を濃縮して得られた赤燈色油状物にtert−ブチルメチルエーテルを加えて攪拌、デカントを繰返し、アセトニトリルに溶解後濃縮して、赤燈色油状物のトリフェニルスルホニウム (8−アクリロイルオキシオクタンオキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−7)を11.3部得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)1.27(bs,8H);1.56−1.61(m,4H);4.08(t,2H,J=6.6Hz);4.17(t,2H,J=6.6Hz);5.91(dd,1H,J=10.0Hz,1.8Hz);6.15(dd,1H,17.3Hz,10.1Hz);6.31(dd,1H,17.3Hz,2.0Hz);7.74−7.89(m,15H)
MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.2(C1815+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 357.0(C131927-=357.1)
合成例8
トリフェニルスルホニウム 1−((3−アクリロイルオキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−8)の合成
1−((3−ヒドロキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート19.0部、1−メチルピロリジン12.1部、クロロホルム200部を仕込んで溶解した。氷浴下アクリル酸クロリド8.6部を滴下し、その後徐々に室温まで戻しながら反応した。その後更に氷冷し、氷浴下1−メチルピロリジン5.4部を添加し、アクリル酸クロリド5.7部を滴下した。反応後氷浴下イオン交換水125.9部でクエンチし、分液水洗を繰り返した。クロロホルム層に活性炭3.3部を添加して1時間攪拌し、ろ過、クロロホルム層を濃縮して得られた赤燈色油状物にtert−ブチルメチルエーテルを加えて攪拌して得られた燈色固体をろ過して、残渣を酢酸エチルで抽出を繰り返した。更に残渣をテトラヒドロフランで抽出した。酢酸エチル層とテトラヒドロフラン層を濃縮し、tert−ブチルメチルエーテルを加えて攪拌、デカントを繰返し、淡黄色油状物のトリフェニルスルホニウム 1−((3−アクリロイルオキシアダマンチル)メトキシカルボニル)ジフルオロメタンスルホナート(TPS−8)を5.0部得た。
Figure 0005061612
1H−NMR(ジメチルスルホキシド−d6、内部標準物質テトラメチルシラン):
δ(ppm)1.47−2.18(m,14H);3.91(s,2H);5.83(dd,1H,J=10.1Hz,2.1Hz);6.04(dd,1H,17.1Hz,10.0Hz);6.21(dd,1H,17.1Hz,2.0Hz);7.74−7.89(m,15H)

MS(ESI(+)Spectrum):M+ 263.0(C1815+=263.09)
MS(ESI(−)Spectrum):M− 393.0(C161927-=393.08)
<樹脂>
樹脂合成例1:樹脂A8の合成
モノマーAを30.00g、モノマーBを14.27g、モノマーDを10.28g仕込み(モル比 50:25:25)、全モノマー量の2.6重量倍のメチルイソブチルケトンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを全モノマー量に対して2mol%添加し、87℃で約6時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる動作を3回行い、精製した。その結果、重量平均分子量が約9400の共重合体を収率47%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A8とする。
Figure 0005061612
樹脂合成例2:樹脂A9の合成
モノマーAを15.00g、モノマーBを3.57g、モノマーIを3.36g、モノマーDを 6.17g仕込み(モル比 50:12.5:12.5:30)、全モノマー量の1.5重量倍のジオキサンを加えて溶液とした。そこに開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対してそれぞれ1mol%、3mol%添加し、77℃で約5時間加熱した。その後、反応液を、大量のメタノールと水の混合溶媒に注いで沈殿させる動作を3回行いうことで精製し、重量平均分子量が約8100の共重合体を収率78%で得た。この共重合体は、次式の各構造単位を有するものであり、これを樹脂A9とする。
Figure 0005061612
<酸発生剤>
B1: トリフェニルスルホニウム パーフルオロブタンスルホナート
Figure 0005061612

B2:トリフェニルスルホニウム 4−オキソ−1−アダマンチルオキシカルボニルジフルオロメタンスルホナート
Figure 0005061612
<クエンチャー>
Q1:トリ−ノルマルオクチルアミン
Q2:2、6−ジイソプロピルアニリン
<溶剤>
Y1:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 120部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 60.0部
γ−ブチロラクトン 20.0部

Y2:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 100部
2−ヘプタノン 25.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 9.0部

Y3:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 130部
2−ヘプタノン 25.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 10.0部

Y4:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 110部
2−ヘプタノン 25.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
γ−ブチロラクトン 15.0部

Y5:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 120部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 40.0部
γ−ブチロラクトン 15.0部

Y6:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 90部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 60.0部
γ−ブチロラクトン 25.0部

Y7:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 120部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 40.0部
γ−ブチロラクトン 60.0部

Y8:
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 110部
2−ヘプタノン 20.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 80.0部
γ−ブチロラクトン 40.0部

実施例1〜16、比較例1
以下にArF露光の手順と結果を示す。
表1の各成分を記載された比率で混合して溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト液を調製した。
シリコンウェハーに日産化学工業株式会社製の有機反射防止膜用組成物である“ARC−95”を塗布して205℃、60秒の条件でベークすることによって厚さ780Åの有機反射防止膜を形成させ、次いでこの上に、上記のレジスト液を乾燥後の表1中に記載の膜厚となるようにスピンコートした。レジスト液塗布後は、ダイレクトホットプレート上にて、表1の「PB」の欄に示す温度で60秒間プリベークした。こうしてレジスト膜を形成したそれぞれのウェハーに、ArFエキシマステッパー〔(株)キャノン製の“FPA5000-AS3”、NA=0.75 3/4Annular〕用いて、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後は、ホットプレート上にて表1の「PEB」の欄に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像を行った。
有機反射防止膜基板上のもので現像後のダークフィールドパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表2に示した。なお、ここでいうダークフィールドパターンとは、外側にクロム層(遮光層)をベースとしてライン状にガラス面(透光部)が形成されたレチクルを介した露光及び現像によって得られ、したがって露光現像後は、ラインアンドスペースパターンの周囲のレジスト層が残されるパターンである。
実効感度:130nmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量で表示した。
パターン形状:リソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、比較例1を基準(△で表記)とし、これよりもパターン下部のすそ切れがよく、垂直形状になっているもの、あるいはパターン上部の張りが抑えられているものを○、変化の無いものを△、悪化しているものを×として判断した。
ラインエッジラフネス評価:リソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、比較例1を基準(△で表記)とし、これよりも滑らかになっているものを○、変化の無いものを△、悪化しているものを×として判断した。
〔表1〕
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例 No. 樹脂 酸発生剤 クエンチャー 溶剤 PB/PEB 膜厚
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実施例1 A1/1.5部 A8/8.5部 B1/0.25部 Q1/0.030部 Y1 100℃/115℃ 120nm
実施例2 A2/1.5部 A8/8.5部 B1/0.25部 Q1/0.030部 Y1 100℃/115℃ 120nm
実施例3 A3/1.5部 A8/8.5部 B1/0.25部 Q1/0.030部 Y1 100℃/115℃ 120nm
実施例4 A4/1.5部 A8/8.5部 B1/0.25部 Q1/0.030部 Y1 100℃/115℃ 120nm
実施例5 A5/1.5部 A8/8.5部 B1/0.25部 Q1/0.030部 Y1 100℃/115℃ 120nm
実施例6 A6/1.5部 A8/8.5部 B1/0.25部 Q1/0.030部 Y1 100℃/115℃ 120nm
実施例7 A6/1.5部 A8/8.5部 B1/0.25部 Q1/0.030部 Y1 100℃/115℃ 120nm
実施例8 A1/10部 無し 無し Y2 100℃/110℃ 120nm
実施例9 A1/5部 A9/5部 無し 無し Y3 90℃/110℃ 120nm
実施例10 A1/3部 A9/7部 無し 無し Y4 100℃/125℃ 150nm
実施例11 A1/3部 A9/7部 無し Q2/0.025部 Y4 100℃/125℃ 150nm
実施例12 A1/1.5部 A9/8.5部 B2/0.25部 無し Y4 100℃/115℃ 150nm
実施例13 A1/1.5部 A9/8.5部 B2/0.25部 Q2/0.025部 Y5 100℃/115℃ 150nm
実施例14 A1/1.5部 A9/8.5部 B2/0.25部 Q2/0.07部 Y5 100℃/115℃ 150nm
実施例15 A3/1.5部 A9/8.5部 B2/0.25部 Q2/0.07部 Y6 100℃/115℃ 150nm
実施例16 A4/1.5部 A9/8.5部 B2/0.25部 Q2/0.07部 Y5 100℃/115℃ 150nm
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
比較例1 A8/10部 B1/0.50部 Q1/0.030部 Y1 115℃/115℃ 120nm
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
〔表2〕
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例 No. 実効感度 解像度 パターン ラインエッジ
(mJ/cm2) (nm) 形状 ラフネス
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実施例1 10 115 ○ ○
実施例2 12 100 ○ ○
実施例3 12 125 △ △
実施例4 9 125 △ △
実施例5 12 110 ○ ○
実施例6 12 100 ○ △
実施例7 10 115 ○ ○
実施例8 10 85 △ ○
実施例9 22 85 △ ○
実施例10 12 90 ○ ○
実施例11 21 90 ○ ○
実施例12 4 85 ○ ○
実施例13 13 85 ○ ○
実施例14 36 85 ○ ○
実施例15 44 85 ○ ○
実施例16 36 85 ○ ○
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比較例1 6 115 △ △
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実施例17、比較例2、
以下に液浸露光における、酸溶出量の試験の手順と結果を示す。
表3の各成分を記載された比率で混合して溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト液を調製した。
〔表3〕
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例 No. 樹脂 酸発生剤 クエンチャー 溶剤 PB 膜厚
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実施例17 A4/2.5部 A9/7.5部 無し Q2/0.030部 Y1 100℃ 150nm
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
比較例2 A9/10部 B1/0.40部 Q2/0.030部 Y1 100℃ 150nm
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2つのレジスト液各々について、直径100mmのシリコンウェハー上に前記レジスト液を用いて、乾燥後の膜厚が0.15μmとなるようにスピンコートにより膜を形成した。膜形成後は、ダイレクトホットプレート上にて、100℃で60秒間プリベークした。
こうしてレジスト膜を形成したシリコンウェハーに、超純水を20mL盛り、下記に示す時間(レジスト膜が超純水に浸漬された浸漬時間)毎に水(超純水)をサンプリングした。サンプリングされた水を、LC−MS法(液体クロマトグラム−マススペクトル法)により定量分析し、酸発生剤由来のアニオンとカチオンの溶出量を測定し、溶出量の浸漬時間依存性を調べた。その結果、溶出量が極めて少ないことがわかった。
〔表4〕
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
浸漬時間(秒) カチオン溶出量(モル/cm2
実施例17 比較例2
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
10 2.96×10-13 2.91×10-12
30 3.96×10-13 3.54×10-12
60 1.13×10-12 6.34×10-12
300 1.94×10-12 8.58×10-12
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
浸漬時間(秒) アニオン溶出量(モル/cm2
実施例17 比較例2
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
10 検出限界以下 5.74×10-12
30 検出限界以下 6.08×10-12
60 検出限界以下 9.53×10-12
300 検出限界以下 1.16×10-11
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
表4中の検出限界以下とは、1.00×10-13モル/cm2以下を意味する。
実施例18〜22
以下に電子線(EB)露光の手順と結果を示す。
表5の各成分を記載された比率で混合して溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト液を調製した。
〔表5〕
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
例 No. 樹脂 酸発生剤 クエンチャー 溶剤 PB/PEB 膜厚
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
実施例18 A1/5部 A9/5部 無し 無し Y7 130℃/120℃ 120nm
実施例19 A4/5部 A9/5部 無し 無し Y7 130℃/120℃ 120nm
実施例20 A1/2部 A9/8部 B2/0.90部 Q2/0.070部 Y8 110℃/110℃ 120nm
実施例21 A3/2部 A9/8部 B2/0.90部 Q2/0.070部 Y8 110℃/110℃ 120nm
実施例22 A4/2部 A9/8部 B2/0.90部 Q2/0.070部 Y8 110℃/110℃ 120nm
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
シリコンウェハーを、ダイレクトホットプレート上にて、ヘキサメチルジシラザンを用いて90度で60秒処理した上で、上記のレジスト液を乾燥後の膜厚が0.12μmとなるようにスピンコートした。レジスト液塗布後は、ダイレクトホットプレート上にて、表5の「PB」の欄に示す温度で60秒間プリベークした。こうしてレジスト膜を形成したそれぞれのウェハーに、電子線描画機〔(株)日立製の「HL−800D 50KeV〕を用い、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを露光した。
露光後は、ホットプレート上にて表5の「PEB」の欄に示す温度で60秒間ポストエキスポジャーベークを行い、さらに2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行った。
シリコン基板上のもので現像後のパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、その結果を表6に示した。
実効感度:0.10μmのラインアンドスペースパターンが1:1となる露光量で表示した。
解像度:実効感度の露光量で分離するラインアンドスペースパターンの最小寸法で表示した。
パターン形状:リソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、パターン形状が非常に良好なものを○、良好なものを△、良くないものを×で表記する。
ラインエッジラフネス:ラインエッジラフネスが非常に良好なものを○、良好なものを△、良くないものを×で表記する。
〔表2〕
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
例 No. 実効感度 解像度 パターン ラインエッジ
(μC/cm2) (nm) 形状 ラフネス
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実施例18 50 70 ○ ○
実施例19 42 80 ○ ○
実施例20 44 50 ○ ○
実施例21 42 50 ○ ○
実施例22 38 50 ○ ○
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実施例のいずれも、パターン形状やラインエッジラフネスが良好な結果であった。
本発明の化学増幅型ポジ型レジスト組成物は、電子線リソグラフィまたはEUVリソグラフィに適しており、それによって高い性能のレジストパターンを与える。

Claims (5)

  1. 高分子からなり、該高分子を構成する繰り返し単位として、放射線照射により酸を発生する塩のアニオン部分が結合した繰り返し単位を含み、該繰り返し単位が、式(IIIa)で示される繰り返し単位である酸発生樹脂。
    Figure 0005061612
    (式(IIIa)中、R 1 は水素原子、メチル基およびトリフルオロメチル基を示す。X 1 は炭素数1〜20のアルキレン基を表し、末端メチレン基を除いて、該アルキレン基は2価の脂環式化合物残基、−CO−、−O―、―S−または−NR 11 −で置換されてもよい。R 11 は水素原子、炭素数1〜6のアルキル基を表す。Y 1 およびY 2 はそれぞれ独立に相異なってもよい−O―、―S−または−NR 2 −を示す(Nは窒素原子)。 + 1 は有機対イオンを表す。)
  2. + 1 が、式(IIa)、式(IIb)、式(IIc)又は式(IId)のいずれかで示されるカチオンである請求項に記載の酸発生樹脂。
    Figure 0005061612
    (式(IIa)中、P1〜P3は、互いに独立に、炭素数1〜20の直鎖状又は分岐状のアルキル基、炭素数3〜30の単環式又は多環式炭化水素基、又は炭素数6〜30のアリール基を表す。P1〜P3は、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を置換基として含んでいてもよく、該アルキル基及び該アルコキシ基は、直鎖でも分岐していてもよい。)
    Figure 0005061612
    (式(IIb)中、P4、P5は、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該アルキル基及び該アルコキシ基は、直鎖でも分岐していてもよい。)
    Figure 0005061612
    (式(IIc)中、P6、P7は、互いに独立に、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基を表し、該アルキル基は、直鎖でも分岐していてもよい。又はP6とP7とが結合して、Sとともに炭素数3〜12の環を形成してもよい。P8は水素原子を表し、P9は炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基もしくは置換されていてもよい芳香環基を表すか、又はP8とP9が結合して炭素数3〜12の2価の炭化水素基を表す。ここで、2価の炭化水素基に含まれる炭素原子は、任意に、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子に置換されていてもよい。)
    Figure 0005061612
    (式(IId)中、P10〜P21は、互いに独立に、水素原子、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表し、該アルキル基及び該アルコキシ基は、直鎖でも分岐していてもよい。Bは、硫黄原子又は酸素原子を表す。nは、0又は1を表す。)
  3. 請求項1または2に記載の酸発生樹脂を含有する化学増幅型ポジ型レジスト組成物。
  4. 式(VI)で示される(メタ)アクリル酸エステル誘導体。
    Figure 0005061612
    (式(VI)中、R1は水素原子、メチル基およびトリフルオロメチル基を示し、X1は炭素数1〜20のアルキレン基を表し、末端メチレン基を除いて、アルキレン基は2価の脂環式化合物残基、−CO−、−O―、―S−または−NR11−で置換されてもよい。R11は水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表す。Y1およびY2は相異なってもよい−O―、―S−または−NR2−を示す。+1は有機対イオンを表す。)
  5. 式(VIa)で表されるスルホニウム塩と
    Figure 0005061612
    (式(VIa)中、X1、Y1、Y2および+1は前記と同じである。)
    式(VII)で表される(メタ)アクリル酸誘導体とを反応させることを特徴とする
    Figure 0005061612
    (式(VII)中、R1は前記と同じであり、X3はハロゲン原子を表す。)
    請求項に記載の式(VI)で示される(メタ)アクリル酸エステル誘導体の製造方法。

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